Helper2416-24——YL-boot流程及部分源码解析（总结）

yuanlai2010

Helper2416-24——YL-boot流程及部分源码解析（总结） [复制链接]

本帖最后由 yuanlai2010 于 2014-7-31 17:16 编辑

YL-boot流程及部分源码解析（总结）

参与Helper2416开发板助学计划心得

简介：

YL_boot本身就是一个裸机程序，也不算复杂，最近给它加入了启动内核的功能，终于也算得上是个真正的boot了。在后续的学习中，希望能移植一些高速数据传输的模块进去，让它变得更加完善。

YL-boot-for-SD 流程及代码解析

Note0：

绿色的处理框代表是用汇编实现的，白色的使用C语言实现

Note1：

通过串口传进来的文件（十六进制数据）的前56字节的数据先暂时存放在数组中，后续的数据库直接存放在物理地址0x30000038开始的位置，等数据全部传输完后，再把数组中的数据拷贝到0x30000000的位置，这是因为我需要用定时器来判断文件是否传输完毕，所以在物理地址0x30000000处的位置放置了异常向量表（通过MMU映射到0x00000000），文件接收完后就不需要中断功能了，所以可以直接覆盖这段位置的内容。

把数据放在这个位置是为了方便代码的运行，尤其是在开头放置了异常向量表的程序，由于开启MMU。所以用户代码可以直接从0x00000000处开始运行。

Note2：

串口中文件的传输是连续的，字节与字节之间的时间间隔是一定的，每接收到一个字节就重装一次计数器的值，保证不会触发中断，当文件传输完后，不再重装计数器的值，就只能等着计数器的值减少到0，接着触发中断，来关闭这个接收字节的循环，完成文件的接收

Start.S解析

@******************************************************************************
@ File：Start.S
@ 功能：启动文件
@******************************************************************************
@
.set IRQ_STACK_SIZE, 0x100
@
@ to set the mode bits in CPSR for different modes
@
.set MODE_IRQ, 0x12
.set MODE_SVC, 0x13
.equ I_F_BIT, 0xC0
.text
.global Entry
.global UserEntry
Entry:
@
@ Stop Watchdog
@
LDR R0, =0x53000000 @ Stop Watchdog
MOV R1, #0x00
STR R1, [R0]
@
@ Set up the Stack for IRQ mode
@
LDR r0, =_stack @ Read the stack address
MSR cpsr_c, #MODE_IRQ|I_F_BIT @ change to IRQ mode
MOV sp,r0 @ write the stack pointer
SUB r0,r0, #IRQ_STACK_SIZE @ give stack space
@
@ Set up the Stack for SVC mode
@
MSR cpsr_c, #MODE_SVC|I_F_BIT @ change to SVC mode
MOV sp,r0 @ write the stack pointer
@
@ Clear the BSS section here
@
Clear_Bss_Section:
LDR r0, =_bss_start @ Start address of BSS
LDR r1, =(_bss_end - 0x04) @ End address of BSS
MOV r2, #0
Loop:
STR r2, [r0], #4 @ Clear one word in BSS
CMP r0, r1
BLE Loop @ Clear till BSS end
@Lowlevel_init:
BL clock_init @ Branch to clock_init
BL SDRAM_Init @初始化sdram
BL mmu_init @初始化并使能mmu
BL CopyVectorTable @拷贝异常向量表到0x00000000
BL OriginalCopy @跳转到OriginalCopy（main）函数
@LDR SP, =0x04000000 @设置栈到04000000
MOV r1, #0 @清除ICaches和DCaches中的数据
MCR p15, 0, r1, c7, c7, 0
LDR PC, UserEntry @跳转到SDRAM执行用户程序（0x00000000）
UserEntry:
.word 0x0
.end

复制代码

Note0:

当程序从OriginalCopy返回后，需要使无效ICache中的数据，由于开启了MMU和Cache。在接收文件的时候使用了中断，CPU在中断处理的时候从0x00000000的中断向量表中读取了指令，会把这附近的指令全部读取到Cache中，如果没有使无效ICache就跳转到0x00000000执行用户代码的话，就会出现问题咯，因为CPU直接从Cache中读取数据了，这时候读取的就还是原来的中断向量表。所以需要使无效Cache中的数据，让CPU重新从0x00000000（物理地址0x30000000）处读取指令。

CopyVectorTable解析

/***********************************************************************
** EXTERNAL FUNCTION PROTOTYPES
***********************************************************************/
extern void Entry(void);
extern void UndefInstHandler(void);
extern void SVC_Handler(void);
extern void AbortHandler(void);
extern void IRQHandler(void);
extern void FIQHandler(void);
/******************************************************************************
** INTERNAL VARIABLE DEFINITIONS
*******************************************************************************/
const unsigned int S3C2416_VECTOR_BASE = 0x30000000;
static unsigned int const vecTbl[14]=
{
0xE59FF018, /* Opcode for loading PC with the contents of [PC + 0x18] */
0xE59FF018, /* Opcode for loading PC with the contents of [PC + 0x18] */
0xE59FF018, /* Opcode for loading PC with the contents of [PC + 0x18] */
0xE59FF018, /* Opcode for loading PC with the contents of [PC + 0x18] */
0xE59FF014, /* Opcode for loading PC with the contents of [PC + 0x14] */
0xE59FF010, /* Opcode for loading PC with (PC - 8) (eq. to while(1)) */
0xE59FF010, /* Opcode for loading PC with the contents of [PC + 0x10] */
0xE59FF010, /* Opcode for loading PC with the contents of [PC + 0x10] */
(unsigned int)Entry,
(unsigned int)UndefInstHandler,
(unsigned int)SVC_Handler,
(unsigned int)AbortHandler,
(unsigned int)IRQHandler,
(unsigned int)FIQHandler
};
/******************************************************************************
** FUNCTION DEFINITIONS
*******************************************************************************/
/**
* \brief This function copies the vector table to a location in OCMC
* RAM and sets the vector base address register.
*
* \param None.
*
* \return None.
*
**/
void CopyVectorTable(void)
{
unsigned int *dest = (unsigned int *)S3C2416_VECTOR_BASE;
unsigned int *src = (unsigned int *)vecTbl;
unsigned int count;
for(count = 0; count < sizeof(vecTbl)/sizeof(vecTbl[0]); count++)
{
dest[count] = src[count];
}
}
/***************************** End Of File ***********************************/

复制代码

Note：

由于从IROM启动，并不能直接使用中断向量表，同时要将64M的SDRA重映射到0x00000000处，所以也不同时能将0x40000000处内部SRAM重映射到0x00000000处，为了使用异常向量表，所以只能把异常向量表复制到SDRAM的开始的位置了，由于链接地址的关系，所以需要自己直接将机器码写到到数组中，然后在通过C函数复制到指定位置

OriginalCopy(主函数)解析

/************************** include ****************************/
#include "uart.h"
#include "led_beep.h"
#include "timer.h"
#include "nand.h"
#include "interruptcontrol.h"
extern char flag;
/************************** functions **************************/
void OriginalCopy()
{
volatile unsigned char tmpcode[60];
volatile unsigned char *codeaddr = (volatile unsigned char *)0x30000000;
unsigned int Length,cLength,dataddr = 0;
unsigned int i = 0;
char c,tmp;
uart_init();
LED_init();
BEEP_init();
delay(30000);
BEEP(0);
LED(1);
int_initialize();
int_register(1, 10, timer0_handler);
timer_init();
printuart(" ***** YL-boot for SD ***** \r\n");
printuart(" EEWORLD ID: yuanlai2010 \r\n");
printuart(" ******* 2014-07-30 ****** \r\n");
printuart(" Recieve file from UART ! \r\n");
printuart(" Please send your file \r\n");
printuart(" \r\n");
while(flag)
{
if(i<56)
{
tmpcode[i++] = getchar();
if(55==i)
{
LED(0);
}
}
else
{
reloadeTCNT0();
codeaddr[i++] = getchar();
}
}
int_disable();
Length = i;
for(i=0;i<56;i++)
{
codeaddr[i] = tmpcode[i];
}
LED(1);
BEEP(1);
delay(30000);
BEEP(0);
printuart(" Recieve Successful ! \r\n");
printuart(" 1:Execute code in SDRAM \r\n");
printuart(" 2:Flash file to NAND \r\n");
flag = 1;
while(flag)
{
c = getchar();
putchar(c);
printuart(" \r\n");
BEEP(1);
delay(30000);
BEEP(0);
if('1'==c)
{
printuart(" Is to jump to your code !\r\n");
printuart(" ********** end ********** \r\n\r\n");
LED(0);
delay(10000);
return;
}
else if('2'==c)
{
printuart(" Where do you want to start ?\r\n");
i = 0;
while(1)
{
tmpcode[i] = getchar();
if((tmpcode[i] == '\r') || (tmpcode[i] == '\n'))
{
cLength = i;
break;
}
putchar(tmpcode[i]);
i++;
}
for(i=2;i<cLength;i++)
{
if((tmpcode[1] == 'x')||(tmpcode[1] == 'X'))
{
if(tmpcode[i] > 0x40)
{
tmp = tmpcode[i] -0x31;
}
else
{
tmp = tmpcode[i] -0x30;
}
dataddr <<= 4;
dataddr |= tmp;
}
}
printuart(" \r\n");
BEEP(1);
delay(30000);
BEEP(0);
Nand_Init();
if(0==Nand_WriteSkipBad(dataddr,
codeaddr,
Length))
{
BEEP(1);
delay(30000);
BEEP(0);
printuart(" Successful !\r\n");
printuart(" ********** end ********** \r\n\r\n");
}
else
{
BEEP(1);
delay(30000);
BEEP(0);
printuart(" Fault !\r\n");
printuart(" ********** end ********** \r\n\r\n");
}
while(1);
}
}
}
/************************** end **************************/

复制代码

Note：

在接收烧写地址的时候，在PC上串口终端输入的是ASCII字符，而烧写地址是个unsigned int 类型的数据，所以需要有一个转换过程，为了能在一个函数中分析其原理，就不它写作一个单独的函数了。

YL-bioot-for_Kernel 流程及代码解析：

Note0：

绿色的处理框代表是用汇编实现的，白色的使用C语言实现

Note1：

相当于YL_boot_for_SD来说，这个流程很简单，各人认为这里最重要的就是设置好启动参数，以及怎么将参数传递给内核。

Original（主函数）解析

/******************************** include ********************************/
#include "nand.h"
#include "uart.h"
#include "boot_kernel.h"
/****************************** functions ********************************/
void original()
{
volatile unsigned char *codeindex = (volatile unsigned char *)0x30008000;
uart_init();
Nand_Init();
printuart(" ******** YL-boot ******** \r\n");
printuart(" EEWORLD ID: yuanlai2010 \r\n");
printuart(" ******* 2014-07-29 ****** \r\n");
printuart(" \r\n");
printuart(" ***** Start Kernel **** \r\n");
printuart(" Loading Kernel ...... \r\n");
if(0==Nand_ReadSkipBad(0x40000,
codeindex,
0x300000))
{
printuart(" Jumping to Kernel \r\n");
printuart(" ********** end ********** \r\n\r\n");
do_bootm_linux();
}
else
{
printuart(" Loarding Error \r\n");
printuart(" ********** end ********** \r\n\r\n");
}
while(1);
}
/**************************** Code end ***********************************/

复制代码

Note：

这里除了do_bootm_linux这个函数来说，都只是简单数据代码搬运的代码。关键在于do_bootm_linux这个函数，函数将完成设置启动参数及跳转至内核的工作，这个函数也是参照u-boot源码中do_bootm_linux函数来写的。

do_bootm_linux解析

do_bootm_linux.h

#ifndef __BOOT_KERNEL_H
#define __BOOT_KERNEL_H
/**************************definition of symbols**************************/
#define tag_next(t) ((struct tag *)((unsigned int *)(t) + (t)->hdr.size))
#define tag_size(type) ((sizeof(struct tag_header) + sizeof(struct type)) >> 2)
typedef struct bd_info {
unsigned int bi_arch_number; /* unique id for this board */
unsigned int bi_boot_params; /* where this board expects params */
struct /* RAM configuration */
{
unsigned int start;
unsigned int size;
} bi_dram;
}bd_t;
/* The list ends with an ATAG_NONE node. */
#define ATAG_NONE 0x00000000
struct tag_header {
unsigned int size;
unsigned int tag;
};
/* The list must start with an ATAG_CORE node */
#define ATAG_CORE 0x54410001
struct tag_core {
unsigned int flags; /* bit 0 = read-only */
unsigned int pagesize;
unsigned int rootdev;
};
#define ATAG_MEM 0x54410002
struct tag_mem32 {
unsigned int size;
unsigned int start; /* physical start address */
};
#define ATAG_INITRD 0x54410005
/* describes where the compressed ramdisk image lives (physical address) */
#define ATAG_INITRD2 0x54420005
struct tag_initrd {
unsigned int start; /* physical start address */
unsigned int size; /* size of compressed ramdisk image in bytes */
};
/* command line: \0 terminated string */
#define ATAG_CMDLINE 0x54410009
struct tag_cmdline {
char cmdline[1]; /* this is the minimum size */
};
struct tag {
struct tag_header hdr;
union {
struct tag_core core;
struct tag_mem32 mem;
struct tag_initrd initrd;
struct tag_cmdline cmdline;
}u;
};
void do_bootm_linux(void);
#endif

复制代码

do_bootm_linux.c

/******************************** include ********************************/
#include "boot_kernel.h"
/******************************** functions *******************************/
static struct tag *params;
char *commandline = "root=/dev/mtdblock2 console=ttySAC0,115200 rootfstype=yaffs2 mem=64m";
//root=/dev/mtdblock2 console=ttySAC0,115200 rootfstype=yaffs2 mem=64m
unsigned int kernel_entry = 0x30008000;
bd_t bd = {1685,0x30000100,{0x30000000,0x4000000}};
unsigned int strlen(const char * s)
{
const char *sc;
for (sc = s; *sc != '\0'; ++sc)
/* nothing */;
return sc - s;
}
char * strcpy(char * dest,const char *src)
{
char *tmp = dest;
while ((*dest++ = *src++) != '\0')
/* nothing */;
return tmp;
}
static void setup_start_tag (bd_t bd)
{
params = (struct tag *) bd.bi_boot_params;
params->hdr.tag = ATAG_CORE;
params->hdr.size = tag_size (tag_core);
params->u.core.flags = 0;
params->u.core.pagesize = 0;
params->u.core.rootdev = 0;
params = tag_next (params);
}
static void setup_memory_tags (bd_t bd)
{
int i;
params->hdr.tag = ATAG_MEM;
params->hdr.size = tag_size (tag_mem32);
params->u.mem.start = bd.bi_dram.start;
params->u.mem.size = bd.bi_dram.size;
params = tag_next (params);
}
static void setup_commandline_tag (bd_t bd, char *commandline)
{
char *p;
if (!commandline)
return;
/* eat leading white space */
for (p = commandline; *p == ' '; p++);
/* skip non-existent command lines so the kernel will still
* use its default command line.
*/
if (*p == '\0')
return;
params->hdr.tag = ATAG_CMDLINE;
params->hdr.size =
(sizeof (struct tag_header) + strlen (p) + 1 + 4) >> 2;
strcpy (params->u.cmdline.cmdline, p);
params = tag_next (params);
}
static void setup_initrd_tag (bd_t bd, unsigned int initrd_start, unsigned int initrd_end)
{
/* an ATAG_INITRD node tells the kernel where the compressed
* ramdisk can be found. ATAG_RDIMG is a better name, actually.
*/
params->hdr.tag = ATAG_INITRD2;
params->hdr.size = tag_size (tag_initrd);
params->u.initrd.start = initrd_start;
params->u.initrd.size = initrd_end - initrd_start;
params = tag_next (params);
}
static void setup_end_tag (bd_t bd)
{
params->hdr.tag = ATAG_NONE;
params->hdr.size = 0;
}
static void setup_tag(void)
{
setup_start_tag (bd);
setup_memory_tags (bd);
setup_commandline_tag (bd, commandline);
setup_initrd_tag (bd, 0, 0);
setup_end_tag (bd);
}
void do_bootm_linux(void)
{
int machid = bd.bi_arch_number;
void (*theKernel)(int zero, int arch, unsigned int params);
theKernel = (void (*)(int, int, unsigned int))kernel_entry;
setup_tag();
theKernel(0, machid, bd.bi_boot_params);
}
/**************************** Code end ***********************************/

复制代码

Note0：

由于此boot是专门用于Helper2416开发板，所以所有的参数都是直接在程序中给定的，代码不会去检测硬件信息。

Note1：

对于内核的启动只需要设置好memory_tags和commandline_tag这两个参数就好了，而start_tag和end_tag是必须的，对于initrd_tag不需要，因为Helper2416d的系统并没有用到RAMDISK，所以这里给它的后面两个参数都是0，也可以直接不要这个tag。memory_tags主要用于传递内存信息，commandline_tag指定了根文件系统的位置及指定了终端设备等信息

Note2：

theKernel是一个函数指针，同时这个指针指向的就是zImage的最终存放位置。当执行这条函数的时候，就一去不复返了，此后的BOOT代码将不会在用到了，所有的权限就交给内核了

自编boot体会：

对于编写这个boot只是让学习的裸机编程有个可以应用的地方，同时通过编写这个boot让自己进一步了解了u-boot的工作原理，也锻炼了自己分析复杂源码的能力，为以后深入学习linux内核做好一些准备。同时也发现，再复杂的程序按照步骤一步一步来，总能分析清楚的，不要被复杂的代码所吓到！坚持下去，慢慢发现自己会有进步的！

YL-boot-for-SD源码：

游客，如果您要查看本帖隐藏内容请回复

YL-bioot-for_Kernel源码：

游客，如果您要查看本帖隐藏内容请回复

论坛ID：yuanlai2010

发表时间：2014-07-31

shihuntaotie

大神

小麦克

没看完，顶楼主

kctime

来哥大神，，求带走。。

lyzhangxiang

不错学习一下
打算裸奔玩玩

amsl

下载下来研究一下，好资料

caizhiwei

牛擦擦~~

loulang767

都是大神

desig

本帖最后由 desig 于 2014-9-4 17:51 编辑

很好的总结，学习来了，请问用那个工具编译呢

spacexplorer

desig 发表于 2014-9-4 17:45
很好的总结，学习来了，请问用那个工具编译呢

这是在linux下用GCC编译的

sdwuyawen

学习一下楼主的bootloader

sdwuyawen

本帖最后由 sdwuyawen 于 2014-9-18 10:44 编辑

根据楼主的思路，尝试了修改了一下向量表，把向量表放在text端开始处。向量表里是直接把ISR的地址赋给PC，代码如下：

Entry:
Vectors: LDR PC,Reset_Addr
LDR PC,Undef_Addr
LDR PC,SWI_Addr
LDR PC,PAbt_Addr
LDR PC,DAbt_Addr
B AbortHandler
LDR PC,IRQ_Addr
LDR PC,FIQ_Addr
Reset_Addr: .word Reset_Handler
Undef_Addr: .word UndefInstHandler
SWI_Addr: .word SVC_Handler
PAbt_Addr: .word AbortHandler
DAbt_Addr: .word AbortHandler
IRQ_Addr: .word IRQHandler
FIQ_Addr: .word FIQHandler

复制代码

就是在中断向量里，把ISR函数的绝对地址直接赋给PC，而不是采用PC相对地址的方式。上面的代码能实现这个功能，但是比较麻烦。有没有更简洁一些的方法把ISR函数的绝对地址赋给PC？希望大神指点一下。

同时修改了向量表copy函数，把text段开始的16x4个bytes拷贝到PA 0x30000000(映射到VA 0x00000000)，也能正常使用。不知道有没有处理向量表的更好的方式？

void CopyVectorTable(void)
{
unsigned int *dest = (unsigned int *)S3C2416_VECTOR_BASE;
unsigned int *src = (unsigned int *)0x40000000;
unsigned int count;
for(count = 0; count < 16; count++)
{
dest[count] = src[count];
}
}

复制代码

还有一个小问题，楼主的打印字符串函数：

void printuart(char *string)
{
unsigned int i = 0;
while(string[i++] != '\0')
{
putchar(string[i]);
}
}

复制代码

i++的位置好像有些问题，修改一下就正常了。

void printuart(char *string)
{
unsigned int i = 0;
while(string[i] != '\0')
{
putchar(string[i++]);
}
}

复制代码

yuanlai2010

sdwuyawen 发表于 2014-9-18 10:43
根据楼主的思路，尝试了修改了一下向量表，把向量表放在text端开始处。向量表里是直接把ISR的地址赋给PC， ...

异常向量变的位置是在0地址，代码是在0x40000000+(异常向量表的长度)的位置开始执行的…相对地址的话有个32M的跳转范围，这里显然是不够的，所以也只能使用绝对地址。

对于更好的向量处理方法我暂时还没想到

打印函数确实是个疏忽啊，调试的时候都没发现～～～

sdwuyawen

本帖最后由 sdwuyawen 于 2014-9-18 15:53 编辑

yuanlai2010 发表于 2014-9-18 11:44
异常向量变的位置是在0地址，代码是在0x40000000+(异常向量表的长度)的位置开始执行的…相对地址的话有个 ...

好像跳转指令B的跳转范围是32MB，直接修改PC的寻址范围是4GB。能不能用一条指令完成修改PC并跳转？而不是这种方式？

LDR PC,Reset_Addr
Reset_Addr: .word Reset_Handler

复制代码

yuanlai2010

sdwuyawen 发表于 2014-9-18 15:51
好像跳转指令B的跳转范围是32MB，直接修改PC的寻址范围是4GB。能不能用一条指令完成修改PC并跳转？而不是 ...

这种就是使用绝对地址的方式完成的，如果是一条语句完成就是使用相对地址，使用B 或者 BL ，但是由于范围原因，B /BL都不本完成这项工作，所能只能用绝对地址的方式！

邓金迪 · 发表于2014-11-27 11:14

认真学习

wowo8688 · 发表于2014-11-27 15:43

谢谢

maoxguo · 发表于2014-11-29 15:25

rancle · 发表于2014-12-22 19:21

学习啊啊

weidengji

谢谢分享

Helper2416-24——YL-boot流程及部分源码解析（总结） [复制链接]

最新回复

点评

点评

点评

点评